DE102004007106B4

DE102004007106B4 - Schaltungsanordnung, insbesondere zur Verwendung in RF-Transpondern oder Remote Sensoren

Info

Publication number: DE102004007106B4
Application number: DE102004007106A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Ziebertz
Original assignee: Atmel Automotive GmbH
Current assignee: Arigna Technology Ltd Ie
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2024-02-14
Also published as: DE102004007106A1; US20050179520A1; US7746216B2; CN1655200A; CN1655200B

Abstract

Schaltungsanordnung, für einen RF-Transponder mit einer Empfangseinrichtung (1a)
zum Empfangen eines elektrischen Steuersignals (d_ID, clk_ID) und einem ersten Speichermittel (4.1) mit einem ersten Ausgang (4.1a)
zum Speichern eines Steuerzustands (Q,

Q

) der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von dem Steuersignal (d_ID, clk_ID), und
ein mit dem ersten Ausgang (4.1a) des ersten Speichermittels (4.1) verschalteten zweiten Speichermittel (4.7) zum Halten des Steuerzustands (Q,

Q

) bei mangelnder Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung. und das zweite Speichermittel (4.7) einen Ausgang (4.3) aufweist
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Ausgang (4.1a) und dem zweiten Speichermittel (4.7) ein in Form einer Diode mit kurzgeschlossenem Gate-Source Anschluss verschalteter Feldeffekt-Transistor 4.4 liegt, sowie das erste Speichermittel ein Dateneingang (D) aufweist und das am Dateneingang (D) anliegende Signal an das zweite Speichermittel (4.7) in Abhängigkeit des Steuersignals (d_ID, clk_ID) und in Abgängigkeit eines Steuersignals S, welches von einem Eingangsschaltkreis (3) der Schaltungsanordnung geliefert wird, sowie des Steuerzustandes...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere für RF-Transponder oder Remote Sensoren, mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines elektrischen Steuersignals und einem ersten Speichermittel zum Speichern eines Steuerzustands der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von dem Steuersignal, sowie die Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung in einer Transponder-Vorrichtung, insbesondere einem RF-Transponder, oder einem Remote Sensor.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Transponder-Vorrichtung und einen Remote Sensor mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie eine Anordnung derartiger Transponder-Vorrichtungen bzw. Sensoren mit einer Basisstation zumindest zum Senden von Steuersignalen an die Transponder-Vorrichtungen und/oder Remote Sensoren. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Transponder-Vorrichtung oder eines Remote Sensors, wobei zumindest ein Steuersignal mittels einer Empfangseinrichtung in der Transponder-Vorrichtung oder dem Remote Sensor empfangen und ein entsprechender Steuerzustand der Transponder-Vorrichtung (des Sensors) in Abhängigkeit von dem Steuersignal durch ein erstes Speichermittel gespeichert wird, sowie ein Verfahren zum Steuern einer Mehrzahl von Transponder-Vorrichtungen und/oder Remote Sensoren in einem gemeinsamen elektromagnetischen Wellenfeld.
Transponder werden heutzutage auf vielfältigen Gebieten der Technik bevorzugt im Rahmen berührungsloser Identifikationssysteme eingesetzt. Insbesondere der Einsatz berührungsloser Systeme auf der Basis einer Datenübertragung per Funk bei Frequenzen im Radiobereich (RF) eignet sich überall dort, wo eine automatische Kennzeichnung, Erkennung, Abfrage, Lagerung, Überwachung oder ein entsprechender Transport erfolgen soll. Mit Hilfe von Transpondern sind Behälter, Maschinen, Fahrzeuge usw. individuell markier- und identifizierbar. Daher ermöglicht es die Radiofrequenz-Identifikation (RFID), kontaktlos, unabhängig und ohne Sichtverbindung zu einem auf dem Transponder befindlichen Datenträger, der die abzufragenden Informationen enthält, Objekte zu identifizieren, egal ob sich der Transponder auf dem Objekt befindet oder im Fördermittel (z. B. Behälter, Palette) integriert ist. Da selbst widrige Witterungseinflüsse für elektromagnetische Wellen kein Hindernis darstellen, lassen sich Daten auch über relativ große Abstände von bis zu 2 m oder mehr sicher und fehlerfrei erfassen. Eine weitere wichtige Anwendung für RFID-Systeme liegt auf dem Gebiet der Kfz-Technik im Bereich von Wegfahrsperren, bei denen der Transponder im Kfz-Schlüssel eingebaut ist.
Ein Radiofrequenz-Identifikationssystem wird allgemein aus zwei Komponenten gebildet, dem in der Regel passiven Transponder ohne eigene Spannungsversorgung – auch als tag oder label bezeichnet –, der an den zu identifizierenden Objekten angebracht wird und der in dieser Form keine eigene Energieversorgung besitzt, und einem stationären oder mobilen Erfassungsgerät (reader). Der Transponder als Herzstück eines solchen Systems beinhaltet einen integrierten Schaltkreis (IC) als Datenträger sowie eine Sende- und Empfangseinrichtung in Form einer Antenne; die Erfassungsgeräte beinhalten Steuereinheit, Frequenzmodul sowie mindestens eine Sende- und Empfangs-Antenne.
Darüber hinaus bietet der Transponder die Möglichkeit zur Datenspeicherung. Die Daten lassen sich – im Gegensatz zu beispielsweise auf Barcodes gespeicherten Informationen – verändern oder ergänzen. Der Datenaustausch zwischen Transponder und Reader erfolgt über elektromagnetische Felder in verschiedenen Frequenzbereichen, vorzugsweise – wie erwähnt – jedoch im RF-Bereich, vornehmlich im UHF- oder Mikrowellenbereich (MW).
Sollen mit Hilfe eines passiven RFID-Systems mehrere in einem gemeinsamen RF-Feld befindliche Transponder ausgelesen werden, so kommen sog. Antikollisions-Prozeduren zum Einsatz. Mit Hilfe derartiger Prozeduren werden die Transponder seriell ausgelesen. Nach dem Auslesen eines bestimmten Datensatzes, beispielsweise einer Identifikationsnummer (ID) aus dem integrierten Schaltkreis des Transponders, wird der ausgelesene Transponder in einen inaktiven Mode gesetzt, d. h. für eine Kommunikation mit dem Reader (im Folgenden auch als Basisstation bezeichnet) stumm geschaltet, so dass anschließend weitere Transponder möglichst störungsfrei ausgelesen werden können (vgl. Finkenzeller, RFID-Handbuch, Hanser/München).
Da die passiven Transponder über das RF-Feld mit Energie versorgt werden müssen, ist bei derartigen Anwendungen dafür zu sorgen, dass die Transponder während der gesamten Prozedur ihre Steuerzustände halten oder sich zumindest nach einem erfolgreichen Auslesen des Datensatzes nicht mehr an der Kommunikation mit dem Reader beteiligen. Dieser Aspekt ist vor allem dann kritisch, wenn sich die Trägerfrequenzen im UHF- oder MW-Bereich bewegen und die Lage der Transponder im Raum sich relativ zum Reader ändert.
Im UHF- und MW-Bereich entstehen durch Überlagerungseffekte auf Grund von Reflexionen Raumbereiche, in denen die Energieversorgung der Transponder durch das Trägersignal nicht mehr sichergestellt ist. Solche Raumbereiche müssen dann durch einen auf dem Transponder-IC befindlichen Energiespeicher, in der Regel einen Kondensator, überbrückt werden. Da die mit einer Überbrückung derartiger Raumbereiche verbundenen Zeiten recht groß werden können und regelmäßig im Sekundenbereich liegen, nehmen solche Speicher aufgrund der großen erforderlichen Kapazitäten (Größenordnung μF) ausgedehnte Flächen auf dem IC in Anspruch, so dass entsprechende Lösungen konstruktiv unrentabel sind. Daher gab es in der Vergangenheit Bestrebungen sicherzustellen, dass derartige Versorgungslöcher sich nicht negativ auf die Antikollisions-Prozeduren auswirken.
Aus der US 5,963,144 A1 ist ein gattungsgemäßer Transponder und eine Schaltungsanordnung bzw. ein Verfahren zu dessen Steuerung bekannt, wobei der Transponder nach seiner Erkennung (Registrierung) während einer Zeit t vollständig abgeschaltet wird, wobei t ungefähr 2 s beträgt. Unabhängig davon, ob die Antikollisions-Prozedur abgeschlossen ist oder nicht, klinkt sich der entsprechende Transponder nach Ablauf dieser Zeit automatisch wieder mit in die Kommunikation ein. Das Abschalten der Transponder erfolgt gemäß der US 5,963,144 A1 durch ein Verstellen der Eingangsimpedanz des Transponders, so dass insbesondere als nachteilig anzusehen ist, dass dieser während der fraglichen Zeit nicht anderweitig angesprochen werden kann. Darüber hinaus können im Zuge von Versorgungslücken undefinierte Steuerzustände des Transponders auftreten, die nach Ablauf der Zeit t möglicherweise an das Gesamtsystem übertragen werden.
Aus der WO 01/65712 A1 , der WO 03/063076 und der EP 0 601 739 A2 sind weitere Transpondervorrichtungen bekannt. So wird in der WO 01/65712 A1 ein Speicherzustand eines ersten Speichermittels durch ein als Kondensator ausgebildetes zweites Speichermittel während einer niedrigen Versorgungsspannung gehalten.
Obwohl der der Erfindung zugrunde liegende Stand der Technik samt dessen Inhärenten Nachteilen vorstehend ausschließlich in Bezug auf Transponder dargelegt wurde, gelten dieselben Überlegungen auch für sog. Remote Sensoren, d. h. Sensoren, die ohne eine Kabelverbindung zur Daten- und Energieübertragung mit einer Basisstation frei in einem Messraum ausgebracht sind. Bei solchen Remote Sensoren kann sich beispielsweise um Temperatur-, Bewegungs-, Partikelsensoren oder dgl. handeln, die wenigstens Energie und Messanweisungen von der Basisstation empfangen und Messwerte an diese zurück übertragen müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder oder einen Remote Sensor bzw. eine Anordnung von Transpondern und/oder Remote Sensoren sowie ein Verfahren zur dessen bzw. deren Steuerung unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten Nachteile dahingehend weiter zu entwickeln, dass eine Steuerung der Transponder oder Sensoren durch eine Basisstation jederzeit möglich und eine Antikollisions-Prozedur für die Kommunikation mit der Basisstation sicher und fehlerfrei durchführbar ist.
Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass diese ein zweites Speichermittel zum Halten des Steuerzustands bei mangelnder Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung aufweist. Bei einer erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung und einem erfindungsgemäßen Remote Sensor ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass diese bzw. dieser eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beinhaltet, während eine Anordnung von Transponder-Vorrichtungen/Remote Sensoren der eingangs genannten Art zur Lösung der Aufgabe aus erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtungen/Remote Sensoren gebildet ist.
Darüber hinaus ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass bei mangelnder Spannungsversorgung der Transponder-Vorrichtung bzw. des Remote Sensors der Steuerzustand während einer Zeit t durch ein zweites Speichermittel gehalten wird. Zu demselben Zweck wird zum Steuern einer Mehrzahl von Transponder-Vorrichtungen und/oder Remote Sensoren jede Transponder-Vorrichtung und jeder Sensor gemäß dem vorstehend genannten Verfahren gesteuert.
Aufgrund der Tatsache, dass ein Steuerzustand der Schaltungsanordnung bzw. der Transponder-Vorrichtung oder des Remote Sensors durch ein zweites Speichermittel gehalten wird, ist erfindungsgemäß im Falle einer Versorgungslücke sichergestellt, dass es bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund zumindest zeitweilig garantierter Datenhaltung zu keinerlei undefinierten Steuerzuständen kommt, was sich speziell im Rahmen einer Antikollisions-Prozedur beim Einsatz einer Mehrzahl von Transponder-Vorrichtungen und/oder Remote Sensoren in einem gemeinsamen Wellenfeld positiv bemerkbar macht.
Im Zuge einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass das erste Speichermittel ein schaltbares logisches Speichermittel und in bevorzugter Weiterbildung ein D-Flip-Flop (Verzögerungsglied) ist. Auf diese Weise lässt sich in einfacher und sicherer Weise ein wohl definiertes Steuersignal für eine erfindungsgemäße Transponder-Vorrichtung oder einen erfindungsgemäßen Remote Sensor, beispielsweise zu deren/dessen Stumm- oder Aktivschaltung, bereitstellen.
Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das zweite Speichermittel zum Speichern elektrischer Energie ausgebildet sein; vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Speichermittel, das einen Kondensator aufweist. Damit ist erfindungsgemäß in einfacher Weise sichergestellt, dass auch im Falle einer Versorgungslücke ein Speicherzustand des ersten Speichermittels erhalten bleibt, so dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch in diesem Fall insbesondere für ein definiertes Kommunikationsverhalten des entsprechenden Transponders bzw. Sensors sorgt.
Insbesondere im Zuge seiner Ausgestaltung als Kondensator sorgt das zweite Speichermittel für ein Halten eines Steuerzustands des ersten Speichermittels während einer Zeit t mit 0 < t ≤ t_max, die durch eine charakteristische Entladungszeit des Kondensators bestimmt ist. Vorzugsweise beträgt t_max ungefähr 9 s, in einer äußerst bevorzugten Weiterbildung der Schaltungsanordnung beträgt t ungefähr 2 s. Dabei lassen sich auch längere Versorgungslücken problemlos überbrücken. Die vorstehend genannten Zeiten sind mit dem leakage L stark von der Temperatur T abhängig (L ~ e^–T).
Obwohl prinzipiell auch eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als aktiv mit Spannung versorgte Schaltungsanordnung möglich ist, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vor, dass die Empfangseinrichtung weiterhin zu Empfangen elektromagnetischer Energie zum Versorgen der Schaltungsanordnung ausgebildet ist. Einer derartige Ausbildung ermöglicht ein möglichst einfaches Design der Schaltungsanordnung, die auf diese Weise als eine rein passive Baugruppe ausgebildet ist.
Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Transponder-Vorrichtung, insbesondere einem RF-Transponder, ist Letztere vorzugsweise durch ein logisches Ausgangssignal der Schaltungsanordnung steuerbar. Entsprechend zeichnet sich auch eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung dadurch aus, dass die Transponder Vorrichtung durch ein logisches Ausgangssignal der Schaltungsanordnung steuerbar ist. Gleiches gilt im Zuge der Erfindung auch für die genannten Remote Sensoren.
In äußerst bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer Transponder-Vorrichtung oder eines Remote Sensors wird diese/dieser durch das Steuersignal wahlweise stumm oder aktiv für eine Kommunikation mit einer Basisstation geschaltet, wobei das Stummschalten der Transponder-Vorrichtung bzw. des Sensors vorzugsweise nach erfolgter Kommunikation mit der Basisstation geschieht. Dadurch erhöht sich die Sicherheit von im Zuge einer Verwendung mehrerer Transponder-Vorrichtungen und/oder Sensoren anzuwendender Antikollisions-Prozeduren, da es erfindungsgemäß nicht zu Interferenzen in der Kommunikation mit bereits abgefragten und noch abzufragenden Vorrichtungen kommt.
Die vorstehend aufgeführten Überlegungen samt der sich daraus ergebenden Vorteile gelten – wie bereits gesagt – auch für Remote Sensoren.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Transponder-Vorrichtungen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung von Transponder-Vorrichtungen mit einer Basisstation in einem gemeinsamen Wellenfeld;
2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung;
3 ein Schaltschema einer ersten Baugruppe der erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung; und
4 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als zweite Baugruppe der erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einer Anzahl von Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'', die gemeinsam in einem von einer Basisstation 2 ausgesandten RF-Wellenfeld RF angeordnet sind. Die Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'' weisen gemäß der Darstellung der 1 jeweils eine Sende- und Empfangseinrichtung 1a in Form einer (Dipol-)Antenne sowie mit dieser In Wirkverbindung stehende weitere Schaltkreise 1b auf, insbesondere in Form eines integrierten Schaltkreises (IC), dessen erfindungsgemäß wichtige Komponenten im Folgenden anhand der 2 bis 4 näher erläutert werden. Die Basisstation 2, auch als (RFID-)Reader bezeichnet, weist zusätzlich zu einer Sende- und Empfangseinrichtungen 2a ebenfalls weitere Schaltkreise 2b auf, beispielsweise Modulatoren, Demodulatoren, Verstärker, Frequenzgeneratoren und Mikrocontroller umfassen kann.
Die Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'' sind erfindungsgemäß als passive Baugruppen ausgebildet, d. h. sie verfügen über keine eigene Energieversorgung und werden über ihre Empfangseinrichtungen 1a aus dem Wellenfeld RF durch die Basisstation 2 mit elektromagnetischer Energie versorgt. Die Schaltkreise 2b der Basisstation 2 sind in hier nicht näher bezeichneter und dem Fachmann bekannter Weise zum Senden und Empfangen von RF-Signalen und zu deren digitaler Auswertung ausgebildet. Wie anhand der Transponder-Vorrichtung 1'' exemplarisch dargestellt, kommunizieren die Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'' ihrerseits im RF-Frequenzbereich mit der Basisstation 2 (Wellenfeld RF'), beispielsweise bei der Abfrage von in den Schaltkreisen 1b in den Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'' gespeicherte Daten, wie eine Identifizierungs-Nummer (ID). Im Falle von Remote Sensoren (nicht gezeigt) handelt es sich dagegen bei den Daten vorzugsweise um zu übertragende Messwerte.
Die 2 zeigt anhand eines schematischen Blockschaltbilds eine erfindungsgemäße Transponder-Vorrichtung 1. Diese weist, wie bereits vorstehend anhand der 1 erläutert, eine Sende- und Empfangseinrichtung 1a sowie mit dieser verbundene weitere Schaltkreise 1b auf. Letztere sind hierbei als ein Eingangsschaltkreis 3, eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 4 sowie ein Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 (ggf. Messschaltkreis im Fall von Remote Sensoren) dargestellt. Auf Grund der Ausbildung der Transponder-Vorrichtung 1 als passive Baugruppe dient die Sende- und Empfangseinrichtung 1a sowohl zum Empfangen von Daten von der Basisstation 1 (1) und zum Senden von Daten an die Basisstation 1 als auch zur Energieversorgung (Versorgungsspannung V_DD) der weiteren Schaltkreise 1b, insbesondere der Schaltungsanordnung 4 und dem Lese-/Speicher-Schaltkreis 5. Dazu weist eine erfindungsgemäße Transponder-Vorrichtung 1 regelmäßig auch ein geeignetes Spannungs-Umformmittel (nicht gezeigt), wie eine Diodengleichrichterbrücke, zum Erzeugen eines Gleichspannungssignals V_DD aus der mittels der Sende- und Empfangseinrichtung 1a aufgenommenen Wechselspannungs-Energie auf, was dem Fachmann geläufig ist. Der Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 beinhaltet geeignete Speichermittel (nicht gezeigt) zum Speichern zumindest von zu lesenden Daten der Transponder-Vorrichtung 1. Die Pfeile LOAD, RELOAD, RESET zwischen Schaltungsanordnung 4 Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 zeigen Signalübertragungen zwischen den genannten Bestandteilen der Transponder-Vorrichtung 1 und werden weiter unten noch näher erläutert. Die Bezeichnung POR illustriert einen möglichen Power-On-Reset (POR) des Schaltkreises 5.
Die detaillierte Ausgestaltung des Eingangsschaltkreises 3 sowie der Schaltungsanordnung 4 und deren Wechselwirkung untereinander sowie mit dem Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 werden im Folgenden anhand der 3 und 4 näher erläutert.
Die 3 zeigt in einem detaillierten Schaltschema den erfindungsgemäßen Eingangsschaltkreis 3 der Transponder-Vorrichtungen 1, 1', 1'', der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig monolithisch integriert ausgebildet ist. Der Eingangsschaltkreis 3 weist einen Eingang 3.1 für ein Steuersignal und einen Ausgang 3.2 für das Steuersignal auf. Zwischen dem Eingang 3.1 und dem Ausgang 3.2 ist gemäß der 3 ein elektrisches Ventilmittel in Form einer Schottky-Diode 3.3 angeordnet. Parallel zu der Schottky-Diode 3.3 weist der Eingangsschaltkreis 3 ein Invertermittel 3.4 auf, dessen Ausgang 3.4a mit dem Gate 3.5a eines Feldeffekt-Transistors 3.5 verbunden ist. Der Drain-Anschluss 3.5b des Transistors 3.5 liegt auf dem Potenzial am Ausgang 3.2 des Eingangsschaltkreises 3, während der Source-Anschluss 3.5c auf Substratpotenzial V_SS liegt.
Bei dem Steuersignal am Eingang 3.1 kann es sich erfindungsgemäß beispielsweise um ein Reset-Signal handeln. Dieses zeichnet sich durch eine gegenüber dem Substratpotenzial V_SS positive Spannung aus, so dass beim Anliegen eines solchen Signals am Eingang 3.1 ein Durchlassstrom durch die Schottky-Diode 3.3 fließt, die im Gegensatz zu normalen Dioden im Durchlasszustand praktisch keine Ladungsspeicherung aufweist und daher als extrem schnelle Schaltdiode ohne messbare Sperrverzögerung gilt, wodurch am Ausgang 3.2 des Eingangsschaltkreises 3 ein definiertes Statussignal S (HIGH-Pegel) vorliegt, das – wie nachfolgend anhand der 4 beschrieben – als Steuersignal (Statussignal) für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 4 verwendet wird. Liegt am Eingang 3.1 des Eingangsschaltkreises 3 kein (Reset-)Signal an, so sorgt das Invertermittel 3.4 dafür, dass der Transistor 3.5 leitend geschaltet ist, so dass der Eingang 3.2 des Eingangsschaltkreises 3 definiert auf Substratpotenzial V_SS liegt.
Der Eingangsschaltkreis 3 ist vorzugsweise zusammen mit der nachfolgend beschriebenen Schaltungsanordnung 4 und dem Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 monolithisch integriert ausgebildet.
Die 4 zeigt anhand eines detaillierten Schaltschemas eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 4. Diese weist zunächst einen Eingang für Daten d_ID sowie einen Eingang für einen Takt clk_ID auf, wobei die entsprechenden Signale d_ID, clk_ID vom Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 geliefert werden, was in der 2 anhand des Pfeils LOAD dargestellt ist. Letzterer fungiert daher bezüglich der Schaltungsanordnung 4 als ”State-Machine”, wie nachfolgend noch deutlicher werden wird.
Mit den genannten Eingängen der Schaltungsanordnung 4 ist der Dateneingang (D-Eingang; D) bzw. der Takteingang C eines ersten Speichermittels in Form eines D-Flip-Flops 4.1 verbunden. Das D-Flip-Flop 4.1 weist weiterhin zwei Ausgänge 4.1a, 4.1b auf, wobei der Ausgang 4.1b zum Liefern des invertierten Ausgangssignals am Ausgang 4.1a ausgebildet ist. Der Ausgang 4.1b ist direkt mit einen Eingang eines NAND-Gatters 4.2 verbunden. Darüber hinaus ist in 4 ein Reset-Eingang R dargestellt.
Dem Ausgang 4.1a des D-Flip-Flops 4.1 ist eine Stromquelle 4.3 in Form eines Feldeffekt-Transistors 4.4 mit kurzgeschlossenen Gate- und Source-Anschlüssen nachgeschaltet. Jeweils mit dem Drain-Anschluss des Transistors 4.4 verbunden weist die Schaltungsanordnung 4 einen Kondensator 4.5 und einen weiteren Feldeffekt-Transistor 4.6 auf, die zwecks Schaffung eines zweiten Speichermittels 4.7 parallel geschaltet sind. Ein Anschluss des Kondensators 4.5 ist mit dem Drain-Anschluss 4.6a des Transistors 4.6 an einem Knoten 4.71 verschaltet, während sich der zweite Anschluss des Kondensators 4.5 sowie der Source-Anschluss 4.6b des Kondensators 4.6 jeweils auf Substratpotenzial V_SS befinden. Der Gate-Anschluss 4.6c des Transistors 4.6 ist mit einem Eingang 4.8 für das am Ausgang 3.2 (3) der Eingangsschaltung 3 anliegende Statussignal S verbunden.
Dem zweiten Speichermittels 4.7 nachgeschaltet weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 4 eine Schaltstufe 4.9 aus zwei parallel geschalteten MOSFET-Transistoren 4.10 (PMOS), 4.11 (NMOS) auf. Der PMOS-Transistor 4.10 ist mit seinem Gate 4.10a an den Knoten 4.71 und mit seinem Source- und Bulk-Anschluss 4.10b bzw. 4.10b' an die beispielsweise durch die erwähnte Dioden-Gleichrichterbrücke gelieferte Versorgungsspannung V_DD (diode drop) angeschlossen. Der NMOS-Transistor 4.11 ist ebenfalls mit seinem Gate 4.11a mit dem Knoten 4.71 verschaltet, während sich sein Source-Anschluss 4.11b auf Substratpotenzial V_SS befindet. Die Transistoren 4.10, 4.11 sind über ihre Drain-Anschlüsse 4.10c, 4.11c miteinander verbunden. Weiterhin stehen die Drain-Anschlüsse der Transistoren 4.10, 4.11 mit dem zweiten Anschluss des NAND-Gatters 4.2 in Verbindung, das darüber hinaus einen Ausgang 4.2a aufweist, der zugleich den Ausgang der Schaltungsanordnung 4 bildet. An diesen ist, wie aus der 2 ersichtlich, der Lese-/Schreibschaltkreis 5 einer erfindungsgemäßen Transponder-Vorrichtung 1 angeschlossen.
Die in der 4 dargestellte Schaltung 4 lässt sich im Rahmen der Erfindung als Statusregister verstehen. Sie unterstützt eine Antikollisions-Prozedur dahingehend, dass nach einer Erfassung des Tags 1 durch die Basisstation 2 (vgl. 1) das erste Speichermittel (D-Flip-Flop) 4.1 mittels eines geeigneten, von der Empfangseinrichtung 1a des Tags 1 zu empfangenden Steuersignals nach Maßgabe durch den Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 (Signale d_ID, clk_ID) ”gesetzt” wird, d. h. den Wert Eins (1) annimmt. Dazu muss bei D und C gleichzeitig ein HIGH-Pegel-Signal (Datensignal bzw. Taktsignal/Taktpuls) anliegen. An den Ausgängen 4.1a, 4.1b des Flip-Flops 4.1 ergeben sich so die Werte Q = 1 und Q = 0, wobei Letzterer, solange der Tag mit Spannung versorgt wird, gemäß der 4 unmittelbar an das NAND-Gatter 4.2 weitergeleitet wird. Erfindungsgemäß wird nun der Transponder 1, 1', 1'' (1) bei gesetztem Statusregister nicht völlig abgeschaltet, sondern lediglich in einen stummen, inaktiven Zustand versetzt (stumm geschaltet). Das bedeutet, dass sich der Tag so lange nicht mehr an der Kommunikation mit der Basisstation beteiligt, bis er von dieser einen entsprechenden, neuen Befehl empfängt, durch den das Statusregister wieder auf einen Wert Q = 0 gesetzt wird:
Während zunächst das Signal Q = 1 (HIGH-Pegel) bzw. Q = 0 (LOW-Pegel) unmittelbar an einem Eingang des NAND-Gatters 4.2 anliegt, ist betreffend das Signal Q entscheidend, ob am Eingang 4.8 ein Statussignal S anliegt oder nicht. Liegt kein Statussignal S an, so sperrt der Transistor 4.6 und der Kondensator 4.5 wird aufgeladen. Da die Schaltstufe 4.9 als CMOS-Inverter fungiert, liegt am zweiten Eingang des NAND-Gatters 4.2 ebenfalls ein LOW-Pegel-Signal, so dass dieses am Ausgang 4.2a den logischen Wert Eins (1) als logisches Ausgangssignal ID liefert, der bzw. das erfindungsgemäß zum Stummschalten des Tags verwendet wird. Die Signalübertragung von der Schaltungsanordnung 4 zum Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 ist in 2 anhand des Pfeils RELOAD dargestellt.
Im umgekehrten Fall Q = 0 bzw. Q = 1 ist der Zustand des Knotens 4.71 entscheidend. Ist der Kondensator 4.5 geladen, befindet sich der Knoten 4.71 in einem „HIGH-Zustand”. Sinkt die Spannung am Ausgang Q des Flip-Flops 4.1 ab, wird mittels des Transistors 4.3 verhindert, dass sich der Kondensator 4.5 bzw. der Knoten 4.71 über den Knoten 4.1a (Anschluß Q) des Flip-Flops entlädt. Von der Schaltstufe 4.9 (Inverter aus Transistor 4.10 und Transistor 4.11) steht am Eingang des NAND Gatters 4.2 ein LOW-Pegel an. Somit ist der Ausgang 4.2a (Signal ID) auf HIGH.
Ist der Kondensator 4.5 entladen (die Spannung am Knoten 4.71 ist LOW) steht von der Schaltstufe 4.9 am Eingang des NAND Gatters 4.2 ein HIGH-Pegel an. Zusammen mit dem HIGH-Pegel des Signales hat dies am Ausgang des NAND-Gatters (Signal ID) ein LOW-Pegel zur Folge.
Ferner lässt sich mittels des Signals S (Gate des Transsitors 4.6) direkt auf den Ladezustand des Kondensators 4.5 einwirken. Hierdurch lässt sich der Kondensator 4.5 entladen undauf einen LOW-Pegel Zustand bringen.
Bei fehlenden äußerem Feld, insbesondere bei einer Feldlücke sinkt die Versorgungsspannungsspannung VDD ab. Hierdurch werden nach und nach nahezu alle Knoten spannungslos. Ferner liegt auch an dem Lesespeicherschaltkreis 5 keine Spannung an. Hierdurch fallen alle Steuersignale insbesondere D_ID, CLK_ID oder ein Signal 3.1 in den LOW-Pegel Zustand. Auch innerhalb der Schaltung der 4 befinden sich die Signale Q, Q , der Knoten 4.9, S, ID und R in dem LOW-Pegel Zustand. Nur der Konten 4.71 des Kondensators 4.5 bleibt in dem HIGH-Pegel Zustand, sofern der Kondensator 4.5 geladen ist. Hierbei wird von dem Transistor 4.3 verhindert, dass sich der Knoten 4.71 über das Flip-Flop (Q) entlädt.
Wird ein Feld angelegt, Versorgungsspannung VDD liegt an, wird mittels des Inverters 4.9 in Abhängigkeit der Spannung am Knotens 4.71 entschieden, inwieweit das Signal ID (Ausgang 4.2a) auf HIGH-Pegel gesetzt wird. Ist das Signal ID high, generiert der Lesespeicherschaltkreis 5 die nötigen Signal um den LOAD oder RELOAD Vorgang einzuleiten. Hierdurch wird das Flip-Flop 4.1 direkt über die Signale D_ID, CLK_ID, und R gesetzt, sodass Q = HIGH wird und der Kondensator 4.5 erneut auf VDD geladen werden kann.
Dabei kann der Tag erfindungsgemäß während der Antikollisions-Prozedur bzw. nach Stummschaltung zu jedem Zeitpunkt von der Basisstation angesprochen und ggf. umgeschaltet werden. Nach Verlassen einer Feldlücke (Versorgungslücke) mit einer Zeitdauer unterhalb der charakteristischen Entladezeit t des Kondensators 4.5 nimmt der Tag nicht automatisch wieder an der Kommunikation mit der Basisstation 2 teil, da er erfindungsgemäß seinen vorherigen Steuerzustand über das Statusregister gespeichert hat. Die Antikollisions-Prozedur wird auf diese Weise wesentlich sicherer.
Um sicher zu stellen, dass der Tag diesen Zustand auch bei Auftreten einer Feldlücke des RF-Feldes RF (1) beibehält, ist erfindungsgemäß das zweite Speichermittel 4.7 (Transistor 4.6 und Kondensator 4.5) vorgesehen. Der Kondensator 4.5 wird in seiner Funktion als elektrischer Energiespeicher für Q = 1 geladen (wenn kein Statussignal S am Eingang 4.8 anliegt) und für Q = 0 nicht. Je nach seiner konkreten Ausgestaltung entlädt sich der Kondensator 4.5 im Falle einer Versorgungslücke in einer charakteristischen Zeit t, die je nach Temperatur bis zu 9 s bei 25°C betragen kann und die vorzugsweise für typische Anwendungen bei t = 2 s liegt. Während dieser Zeit ist der Kondensator 4.5 damit in der Lage, den Steuerzustand Q ∊ 0, 1 des ersten Speichermittels 4.1 zu halten. Wenn an Eingang 4.8 ein Statussignal S anliegt (vgl. 3), ist der Transistor 4.6 innerhalb des zweiten Speichermittels 4.7 leitend geschaltet, und der Kondensator 4.5 wird – unabhängig vom derzeitigen Steuerzustand des Statusregisters – entladen, so dass er beim neuen Setzen des Registers zum Halten des dann aktuellen Steuerzustands bereit ist. Ein entsprechendes Signal für das D-Flip-Flop 4.1 liefert an dessen Eingang R der Lese-/Speicher-Schaltkreis 5 (Pfeil RESET in 2).
Die Status-Haltezeit t der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 4 hängt von der Schaltschwelle des CMOS-Inverters 4.9 ab, der als Auswerteschaltung für eine Höhe der Spannung des zweiten Speichermittels 4.7 am Knoten 4.71 dient. Die Schaltschwelle lässt sich durch Anpassen der Weite/Länge-Verhältnisse W/L der MOSFET-Transistoren 4.10, 4.11 beeinflussen. Insbesondere bewirkt ein vergrößertes W/L des NMOS 4.11, ggf. bei zugleich verringertem W/L des PMOS 4.10, ein Absenken der Schaltschwelle; im umgekehrten Fall steigt die Schaltschwelle. In der Folge ergibt sich bei abgesenkter Schaltschwelle eine längere Haltezeit t, wohingegen eine hohe Schaltschwelle mit einer kürzeren Haltezeit t einhergeht.
Bezugszeichenliste

1, 1' 1'': Transponder(-Vorrichtung), Tag
1a: Empfangseinrichtung
1b: Schaltkreise
2: Basisstation
2a: Empfangseinrichtung
2b: Schaltkreise
3: Eingangsschaltkreis
3.1: Eingang
3.2: Ausgang
3.3: Schottky-Diode
3.4: Invertermittel
3.4a: Ausgang
3.5: Transistor, FET
3.5a: Gate
3.5b: Source
3.5c: Drain
4: Schaltungsanordnung
4.1: erstes Speichermittel, D-Flip-Flop
4.2: NAND-Gatter
4.3: Stromquelle
4.4: Transistor, FET
4.4a: Gate
4.4b: Source
4.4c: Drain
4.5: Kondensator
4.6: Transistor, FET
4.6a: Drain
4.6b: Source
4.6c: Gate
4.7: zweites Speichermittel
4.71: Knoten
4.8: Eingang
4.9: Schaltstufe
4.10: PMOS
4.10a: Gate
4.10b: Source
4.10c: Drain
4.11: NMOS
4.11a: Gate
4.11b: Source
4.11c: Drain
5: Lese-/Speicher-Schaltkreis
clk_ID: Taktsignal
d_ID: Datensignal
D: Dateneingang
C: Takteingang
ID: Ausgangssignal
LOAD: Signal
POR: Power-On-Reset
Q, Q: Ausgabewert
R: Reset-Eingang
RELOAD: Signal
RESET: Signal
S: Reset-Signal
t, tmax: (Entlade-)Zeit
VDD: Versorgungsspannung
VSS: Substratpotenzial

Claims

Schaltungsanordnung, für einen RF-Transponder mit einer Empfangseinrichtung (1a) zum Empfangen eines elektrischen Steuersignals (d_ID, clk_ID) und einem ersten Speichermittel (4.1) mit einem ersten Ausgang (4.1a) zum Speichern eines Steuerzustands (Q, Q ) der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von dem Steuersignal (d_ID, clk_ID), und ein mit dem ersten Ausgang (4.1a) des ersten Speichermittels (4.1) verschalteten zweiten Speichermittel (4.7) zum Halten des Steuerzustands (Q, Q ) bei mangelnder Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung. und das zweite Speichermittel (4.7) einen Ausgang (4.3) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ausgang (4.1a) und dem zweiten Speichermittel (4.7) ein in Form einer Diode mit kurzgeschlossenem Gate-Source Anschluss verschalteter Feldeffekt-Transistor 4.4 liegt, sowie das erste Speichermittel ein Dateneingang (D) aufweist und das am Dateneingang (D) anliegende Signal an das zweite Speichermittel (4.7) in Abhängigkeit des Steuersignals (d_ID, clk_ID) und in Abgängigkeit eines Steuersignals S, welches von einem Eingangsschaltkreis (3) der Schaltungsanordnung geliefert wird, sowie des Steuerzustandes des zweiten Speichermittels (4.7) übergeben wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Speichermittel (4.1) ein durch das Steuersignal (d_ID, clk_ID) schaltbares logisches Speichermittel ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Speichermittel (4.1) ein D-Flip-Flop ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Speichermittel (4.7) zum Halten des Steuerzustands (Q, Q ) während einer Zeit t mit 0 < t ≤ t_max ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Speichermittel (4.7) zum Speichern elektrischer Energie ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Speichermittel (4.7) einen Kondensator (4.5) aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass t_max ≈ 9 s beträgt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass t ≈ 2 s beträgt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (1a) weiterhin zum Empfangen elektromagnetischer Energie zum Versorgen zumindest der Schaltungsanordnung (4) ausgebildet ist.
Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Transponder-Vorrichtung (1, 1', 1'').
Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponder-Vorrichtung (1, 1', 1'') oder der Remote Sensor durch ein logisches Ausgangssignal (ID) der Schaltungsanordnung (4) steuerbar ist.
Transponder-Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transponder-Vorrichtung (1, 1', 1'') durch ein logisches Ausgangssignal (ID) der Schaltungsanordnung (4) steuerbar ist.